嘉陵江梯级水库群营养元素生物地球化学循环研究

In southwest area of China, development of cascaded hydropower station have raised unprecedented climax, and its stress on natural rivers may exert a far-reaching effect on aquatic environment. At present, there is a little shortage about recognizing the mechanism that biogeochemical cycles of nutrients are effected by cascade reservoirs, and lack of the deepgoing and systematic study on transport and transformation of nutrients in reservoir inner. This project takes the intensively exploited Jialing River as research object, and conducts the mechanism study on biogeochemical cycles of nutrients within the impounded river system. Through the analyses of nutrition elements in different forms in water (inlet, outlet, vertical profiles) and sediment samples across the cascade reservoirs, to clarify the influences of cascade reservoirs on accumulation, activation and transport of the riverine nutrients. Through the comparative and systematic study on the seasonal and spatial variation characteristics of inorganic nitrogen (ammonium and nitrate) isotope values, combined the relations of co-variation among nutrition elements as nitrogen, phosphorus and silicon, to discuss the transport and transformation processes of nutrition elements (nitrogen acted as core) within the cascade reservoirs. This study can contribute to understand the overall effect of biogeochemical cycles of nutrition elements influenced by "river - reservoir - river" system, to enrich the theory of biogeochemical cycles of riverine nutrients, and to provide scientific foundation for the utilization and management of the cascade reservoirs.

我国西南地区正迎来前所未有的水电开发高潮，梯级水电开发对天然河流的胁迫压力会对水环境产生深远影响。目前，对河流梯级开发影响营养元素生物地球化学循环的作用机理认识仍存在不足，缺乏对水库内部营养元素迁移、转化过程的深入研究。本研究以高强度梯级开发的嘉陵江为例，系统开展"蓄水河流"体系中营养元素生物地球化学循环的机理研究。通过对梯级水库群水体(入库水、分层水、下泄水）和沉积物样品各形态营养元素含量分析，阐明梯级水电开发对河流营养物质蓄积、活化、输送的影响。通过对无机氮（铵氮、硝态氮）同位素比值的季节、空间变化规律进行系统对比研究，并结合氮、磷、硅营养元素的耦合变化特征，详细探讨梯级水库内以氮为核心的营养元素迁移、转化过程。本研究项目的实施，有助于深刻理解"河流－水库－河流"体系对流域营养元素生物地球化学循环的总体效应，并可丰富河流营养元素的生物地球化学循环理论，同时为梯级水库的管理提供科学依据。

我国西南地区正迎来前所未有的水电开发高潮，梯级水电开发对天然河流的胁迫压力会对水环境产生深远影响。目前，对河流梯级开发影响营养元素生物地球化学循环的作用机理认识仍存在不足，缺乏对水库内部营养元素迁移、转化过程的深入研究。本项目以高强度梯级开发的嘉陵江为例，系统开展“蓄水河流”体系中营养元素生物地球化学循环的机理研究，可为梯级水库的管理提供科学依据。对梯级水库群的初步调研后，兼顾上下游关系、营养盐水平及建库年龄，选择了亭子口、新政、东西关和草街等四个水库作为研究对象，通过对水库入库水、剖面分层水和下泄水的化学组成及碳、氮、硫、硅等营养元素形态含量及同位素组成的分析，并对其季节、空间变化规律进行系统对比研究，同时结合碳、氮、硫等营养元素的耦合变化特征，详细探讨了梯级水库内以氮为核心的营养元素迁移、转化过程。研究结果表明，研究区水体水化学受碳酸盐平衡体系控制，以碳酸参与的碳酸盐岩风化为主，主要来自于黄铁矿和大气二氧化硫氧化生成的硫酸也广泛参与了碳酸盐岩的风化；筑坝拦截显著改变了河流水体温度、溶解氧和pH值，以及碳、氮、硫、硅等营养元素形态含量及同位素组成的时空变化特征。筑坝拦截使水库夏季产生明显的热分层，具有以温度为主导的DO和pH值剖面变化特征。夏季，水库水体DIC浓度随水深增加而增加。硫酸盐浓度随水深增加而减少。筑坝拦截对不同营养盐产生差异影响，随着时间增加，嘉陵江流域硅限制可能性增加。大坝拦截导致河流湖泊化，夏季，水库上层水体以浮游植物光合/同化作用为主导，表现为较低营养元素浓度，偏正的碳同位素值，偏负的硝酸盐氮与硫酸盐硫同位素值；下层水以呼吸分解/反硝化作用/硫化细菌还原作用为主，表现为较高的元素浓度，偏负的碳同位素值和正向变化的氮与硫同位素值。梯级水库群C、N、Si、S及其他水质参数相互影响，相互制约，表现出耦合特征，对这些因子进行进一步的系统性研究可加深对梯级水库中营养元素循环的理解。